客运专线A、B组填料改良技术研究

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摘要：文章通过向莆铁路南昌西客站正线基床底层A、B组填料改良技术研究，简要介绍了客运专线A、B填料改良方案的比选、确定及质量保证措施等。通过试验，可为向莆铁路全线的A、B组施工提供宝贵的经验数据，也为同类填料地区铁路土建工程施工提供了技术数据，值得同类工程借鉴。

关键词：客运专线；填料改良方案；拌合；压实质量；土配比

中图分类号：U214 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）07-0013-03

一、工程概况

向莆铁路南昌西站站场路基土石方工程施工里程为D2K1449+800～D3K1453+367.7，施工长度为双线3567.7m。正线按照客运专线标准，设计时速达250km，基床底层设计厚度1.9m，设计为A、B组填料填筑。南昌西客站填料主要来源于沿线挖方段，其岩性为粘土、膨胀土及少量强、弱风化岩石，不能满足铁路基床底层A、B组对填料要求，通常采取远距离价购的办法，但外购A、B组填料成本过高。

二、研究目标设定

确定向莆铁路A、B组填料物理改良最佳方案的最优配比，改良的A、B组填料符合设计规范要求（设计规范中砂类土土质砂砾关于A、B组填料的技术要求：粒径15%且粒径>2mm的颗粒质量占总质量的25%～50%）。

三、提出改良方案并确定最佳方案

（一）确定改良材料种类

目前常用的对土质进行物理改良施工A、B组填料所掺材料主要有卵石、碎石或砂。天然河砂因含水量较大，不仅现场掺和拌合困难，而且会进一步增大本身填料的含水量、含水量过大不利于现场压实，因此不适合掺和改良。根据铁路路基设计规范对A、B组填料组成成分的要求，结合对各类材料的现场调查，现对几种物理改良的方案分析如下：

方案一：掺卵石改良。卵石资源充分，材料购入单价约54.5元/方（包括运费），计划掺入比例（质量比）20%～50%，计算每方改良土掺入料费约10.90～27.25元，改良效果良好。

方案二：掺碎石改良。卵石资源充分，但运距较远。材料购入单价约60.5元/方（包括运费），计划掺入比例（质量比）20%～50%，计算每方改良土掺入料费约12.10～30.25元，改良效果良好。

经调查，沿线卵石和碎石的运距相差较大，故比较时应考虑运费。从以上分析可看出，在效果基本一致的情况下，采用掺卵石材料进行改良在经济上占有较大的优势。确定取土场膨胀土为不合格填料，选用粘土是合适的，同时，采用级配良好、颗粒均匀的卵石进行改良。

（二）确定掺入材料比例

确定掺用卵石后，进行下一步试验，对卵石掺用的不同比例进行试验分析。取土场粘土和卵石的因颗粒本身存在随机性、均匀系数会有微小不同、颗粒级配也会存在微小变化，因此粘土和卵石掺量也有所改变。当掺用20%～25%之间的卵石时，尽管理论上卵石掺量能满足要求，但因前述原因会导致填料级配也会不稳定，从而不易完全保证改良土的质量；当掺用25%及以上卵石时，改良土符合A、B组填料质量要求且质量很好保证。因此，通过实验分析及材料费用比较，确定掺25%卵石为最佳比例。

（三）确定拌合方式及场地

由于A、B组填料总量约为12万方，且现场原先没有设拌合站，若单独建立混合料拌合站，显然非常不经济，若采用挖机机械拌合可能存在拌合不均匀的问题。下面对现场可能实现的几种方式及场地进行对比分析：

提案一：单独建立不拌合设备，进行场拌。优点是卵石掺入量及均匀性能得到很好的保证。缺点是从建站到使用完毕，大约需花费40余万元。而且工期长，同时需要另规划一块场地。在工程量不大的情况下，成本极高。综合分析：不合理。

提案二：将土和卵石运至待填路基断面上，用挖机进行翻拌。优点是节省倒运材料的时间和费用。缺点是受单层填筑数量影响，材料进场无法连续，施工进度慢，且受单层填筑厚度影响，挖机翻拌效果不好。综合分析：不合理。

提案三：将卵石运至取土场平铺，然后采用挖机翻拌。优点是可以根据拟取土的面积和拟取土深度，计算取土数量和需要掺入的卵石量，且不占用路基填筑断面，不影响施工。缺点是需要较大的取土场场地平整，以便于堆放卵石及取土拌合，现有两个大的取土场进行平整能满足要求。综合分析：合理。

（四）确定最佳改良方案

改良材料种类：卵石；确定最佳掺入卵石比例：25%（质量比）；拌合方式及场地：取土场挖机翻拌。

四、最佳改良方案的验证实施

（一）对取土场土质及卵石进行试验

沿线取土场填料以粘土和膨胀土为主。通过试验得知该膨胀土为一种高塑性粘土，具有浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性、性质极不稳定。对路基的破坏作用不可低估，并且构成的破坏是不易修复的。根据规范要求，膨胀土不得直接作为路基填料，因此采用粘土进行改良作为A、B填料。

对周边卵石进行试验分析，认为应采用级配良好、颗粒均匀的卵石进行改良。

实施效果检查一：确定取土场膨胀土为不合格填料，选用粘土是合适的，同时，采用级配良好、颗粒均匀的卵石进行改良。

（二）改良土配比验证

对土样、卵石的筛分进行试验分析，分析记录试验数据，卵石和土按照比例物理改良后级配结果分别为：

1．细粒含量（

2．粒径>2mm的颗粒质量分别占总质量的31.1%、30.9%、31.8%、31.3%。

实施效果检查二：以上结果均符合《铁路路基设计规范》（TB10001-2005）中砂类土土质砂砾关于A、B组填料的技术要求：细粒含量（15%且粒径>2mm的颗粒质量占总质量的25%～50%。

（三）拌合过程控制

1．控制掺入卵石数量。根据配合比卵石掺入量为25%，现场拟取土的面积和拟取土深度计算取土数量，然后计算需要掺入的卵石量。先翻挖拟取土深度范围内的土，然后平铺所需的卵石。根据试验得到的相关数据，取土场控制卵石的掺入数量按照以下公式计算：V卵石=取土面积×取土深度×压实系数×25%。按照现场方便数量控制，即为挖开1m深土层厚，在上面铺28cm厚卵石，厚度均有现场专人用钢尺测量，然后用挖机进行拌合均匀可完全达到比例要求。

2．拌合控制。先将既定好面积、深度的土体用挖机挖开，将可能存在的杂质、大颗粒等进行清除，用路拌机进行土体破碎。铺上卵石后，用挖机从一端向另一端均匀翻拌，现场人员随时观察记录遍数，三遍后进行相关的取样筛分试验。

实施效果检查三：通过现场控制掺入卵石数量的方法，路拌机破碎及挖机拌合，有效地控制了卵石掺入比例，保证了混合料的均匀性。

（四）压实质量控制

1．机械组合优化。由试验段确定的施工机械组合为：1台压路机、1台推土机、1台平地机以及相关洒水、运土设备。考虑到大面积施工A、B组填料时，对工期及质量的要求，现场增加碾压设备，以增加压实效率。

2．压实质量控制。上料整平控制：自卸车将拌合后的混合料运至填筑面，按工艺试验确定的分层填筑松铺厚度和自卸车容量，按确定的间距卸料，以便在整平时充分发挥整平机械工效。在整形过程中，严禁任何车辆通行，并保持无明显的粗细集料离析现象。

碾压控制：使各部分碾压的次数尽量相同，路基两侧多压2～3遍。整形后，当混合料的含水量为最佳含水量（±1%～±2%）时，立即用轻型压路机并配合12t以上压路机在结构层全宽内进行碾压。碾压时，重叠1/2轮宽，后轮超过两段的接缝处，后轮压完路面全宽时，即为一遍。碾压搭接宽度满足≥0.4m的要求。施工时严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车，保证表层不受破坏，如果出现“弹簧”、松散、起皮等现象，及时翻晒、拌和，使其达到质量要求。

实施效果检查四：通过机械组合优化，严格现场上料整平及碾压工艺控制，改良后的卵石土混合料填筑压实质量达到A、B组填筑质量要求。

（五）改良技术研究效果检查

通过以上各实施阶段的数据及分析可知，粘土掺卵石改良后，土的颗粒组成、现场检测结果均符合A、B组填料要求。说明我们选择的方案是合理、可行的且经济效益最理想。本次研究确定了选用A、B组填料的最佳配比（质量比）为：卵石25%，粘土75%。

向莆铁路南昌西客站沿线没有合适填料，如不就近采用粘土物理改良而采用外购，由于运距远，每立方米填料的施工单价最低为60.5元（包含机械费）；经过测算，用物理改良法填筑路基A、B组填料，每立方米填料的施工单价约为30.6元。站场路基A、B组填料共需12万立方米，因此，用粘土掺卵石进行物理改良施工可大大节约外购填料的费用，对向莆铁路施工来说，经济效益是巨大的。仅向莆铁路南昌西客站站场部分共可降低施工成本358.8万元。

五、结语

通过本次研究确定了A、B组填料的最佳改良方案，通过试验，我们取得了A、B组改良的多项技术参数（最佳配比、拌合方式、碾压遍数等），可为向莆铁路全线的A、B组施工提供宝贵的经验数据，也为同类填料地区铁路土建工程施工提供了技术数据，值得同类工程借鉴。

作者简介：胡修玉（1980-），男，安徽肥西人，中铁四局集团有限公司技术中心工程师，研究方向：土木工程。